巴斯大學(xué)物理學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際科學(xué)家小組發(fā)現(xiàn)了微小顆粒的一種新的非線性光學(xué)特性，這對(duì)從事顯示技術(shù)、化學(xué)催化和醫(yī)學(xué)等不同領(lǐng)域研究的人員具有重要意義。

當(dāng)光線穿過與光波長(zhǎng)大小相似的微小顆粒時(shí)，會(huì)產(chǎn)生與光照顏色不同的散射，從而顯示出這種新特性。這種散射光具有 "二次諧波頻率"，也就是說，它的頻率是照明光的兩倍。

這項(xiàng)發(fā)表在《ACS Nano》上的研究旨在探索廷德爾效應(yīng)，即比納米粒子大但比微粒小的粒子的光散射現(xiàn)象。這種大小的粒子包括病毒和細(xì)菌等單細(xì)胞生物體。

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當(dāng)用白光照射時(shí)，這類微粒會(huì)呈現(xiàn)藍(lán)色（藍(lán)眼睛的顏色也歸功于廷德爾效應(yīng)）。

二次諧波廷德爾散射

分散在液體中的無機(jī)微粒有許多用途，包括為涂料和塑料添加顏色、防紫外線霜（氧化鋅和二氧化鈦散射紫外線，但允許可見光通過）、催化（加速或促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)）和醫(yī)學(xué)治療（例如封裝藥物并將其輸送到靶點(diǎn)；選擇性切割 DNA 和殺死病毒）。

對(duì)于所有這些應(yīng)用，研究人員都必須準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地確定顆粒的大小和形狀。

光是對(duì)水中的微粒進(jìn)行此類分析的最佳方法，而微粒通常就在水中。當(dāng)顆粒受到光照時(shí)，它們的散射光會(huì)包含有關(guān)其大小和幾何形狀的信息。

有幾種分析顆粒大小的方法依賴于廷德爾效應(yīng)。大多數(shù)方法依賴于弱光源（通常是燈），收集到的散射光與照明的顏色相同。其他更復(fù)雜的方法則依賴于激光光源。這項(xiàng)新研究將科學(xué)家們對(duì)激光散射光的理解提升到了一個(gè)新的高度。

領(lǐng)導(dǎo)巴斯團(tuán)隊(duì)和這項(xiàng)研究的Ventsislav Valev教授解釋說："在廷德爾實(shí)驗(yàn)中使用長(zhǎng)光波激光時(shí)，可以產(chǎn)生不同顏色的光--短光波，然后進(jìn)行散射。新的顏色相當(dāng)于照明光振動(dòng)的兩倍。這一發(fā)現(xiàn)是 1965 年在福特汽車公司的實(shí)驗(yàn)室里發(fā)現(xiàn)的，適用于各種大小的粒子。但是，如果粒子的大小符合廷德爾效應(yīng)的范圍，那么照明光和新產(chǎn)生的光就能在空間中更好地分離。基本上，廷德爾效應(yīng)會(huì)根據(jù)光波的大小進(jìn)行分類。但有一種幾何特性直到現(xiàn)在這項(xiàng)新研究才得以觀察到：手性！"

扭曲的分子

手性是幾乎所有長(zhǎng)度尺度上的基本幾何特性。在人類和其他生物體中，所有功能氨基酸都具有手性，糖、蛋白質(zhì)等也是如此。手性表現(xiàn)為分子的扭轉(zhuǎn)方向（順時(shí)針或逆時(shí)針），類似于 DNA 螺旋的扭轉(zhuǎn)。

在這項(xiàng)新研究中，來自美國(guó)的研究小組成員制作了長(zhǎng)度約為270納米的硅螺旋，其大小與某些病毒、大型外泌體和噬菌體相當(dāng)。

瓦列夫教授說："我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)我們用手性（或圓偏振）激光照射這些螺旋時(shí)，散射光可以告訴我們硅螺旋的纏繞方向。這很重要的一個(gè)原因是，硅是地球上最豐富的固體元素，因此每一種新特性都具有可持續(xù)和具有成本效益的應(yīng)用潛力。另一個(gè)原因是，測(cè)量扭轉(zhuǎn)（手性）對(duì)于用納米技術(shù)構(gòu)件組裝無機(jī)材料非常必要。其重要性類似于制造和測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)螺絲的螺紋。"

展望未來，Valev教授說："現(xiàn)在我們已經(jīng)有了水中單螺旋特性的基線，下一階段就是開始修改它們，并最終將它們構(gòu)建成自組裝材料。

該研究論文的第一作者、博士生Ben Olohan說："這里的關(guān)鍵是，生物過程從分子延伸到細(xì)胞組裝，甚至更遠(yuǎn)。與廷德爾散射的長(zhǎng)度尺度相比，在更小和更大的粒子上都觀察到了類似的效應(yīng)。因此，這種中間長(zhǎng)度尺度效應(yīng)一定存在，但卻一直未被觀測(cè)到。這就是為什么我一直在努力尋找它的證明。對(duì)于我的博士項(xiàng)目來說，能夠找到科學(xué)中這樣一個(gè)'缺失的環(huán)節(jié)'，我感到非常滿足"。

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